振动电弧堆焊技术及应用分析

振动电弧堆焊是20世纪50年代开始发展起来的新型堆焊工艺。堆焊时，焊丝在送进的过程中通过振动机头以一定的频率和振幅不断振动，并且常用冷却液（4%～6%的纯苏打水溶液或2%～6%的氟化钠水溶液）冷却工件。这种方法实质上是在保护介质中脉冲电弧焊接的机械方法。图8-16所示是其装置的示意图。其工艺特点可概括为以下几点：

1）保护介质的作用主要是使焊接熔池隔绝空气中的氧和氮，并起冷却作用，从而使堆焊区和热影响区减小，且工件变形小。

2）每个振动周期可分为三个阶段，即短路、电弧燃烧和空载阶段。堆焊的热量主要依靠电弧燃烧阶段所发生的热量（据研究结果，电弧燃烧产生的热量占堆焊过程中全部热量的82%～93.4%）。电弧燃烧的时间可以通过改变电弧的功率来控制，具体方法可以在电路中并联可变电阻来达到。并联的电阻越小，空载电压就越低。电弧如果在每个周期内的燃烧时间缩短了，则在每个周期内放出的能量也相应减少，从而使熔深和热影响区也减小。因此，通过调整电弧燃烧的时间就能在相当大的范围内调节每个振动周期中电弧所发生的热量。电弧燃烧的时间减少，合金元素的烧损也会减少，如堆焊06Cr18Ni11Ti不锈钢时，用二氧化碳气体保护振动电弧堆焊，钛的烧损是30%，而用普通二氧化碳气体保护电弧堆焊则钛的烧损是60%。由于放出的热量调整范围大，故堆焊层的厚度可从十分之几毫米到2mm内任意调整。振动电弧堆焊时，焊丝以固定的频率和振幅作振动。如果焊丝的振动频率高，则堆焊金属以很小的熔滴向零件表面过渡，从而可得到薄而平整的堆焊层。而普通电弧堆焊时，焊条熔滴相当大，并且熔滴的形成没有严格的周期性，以致不容易得到薄而平整的堆焊层。

3）工作电路中的电感对堆焊的稳定性有很大影响。因为空载对熔池冶金反应不利，降低堆焊质量，所以在每一振动周期中我们不希望有空载阶段。当电路中的电感不用时，在每一振动周期中将都有空载时间。当增加电路中的电感时，可以消除每一振动周期中的空载时间，此时，每振动周期将由两个阶段组成，即短路和电弧燃烧阶段。但电路中电感值增加太大时，堆焊不能很快恢复稳定。例如，当电弧缩短时（电弧电压下降），由于电感过大，电流增加得非常缓慢，在几乎不变的电流强度下，电弧电压的下降便会导致功率的减小及焊丝熔化速度的减小，并进一步使电弧长度缩短，最后造成短路；当电弧长度拉长时，同样由于电感过大，使电磁惯性也增大，将会导致电弧的熄灭。因此，在振动电弧堆焊的工作电路中应该有最适宜的电感值，此电感值以保证振动周期中没有空载时间为宜。

4）为了堆焊过程的稳定，要求采用较硬的外特性直流电源，且一般采用反极性，即工件接负极。实践证明，为了保证堆焊质量，堆焊规范参数应在如下的范围内进行调整：

送丝速度（mm/s）：v_丝=（1.0～1.2）d，d为焊丝直径；

振动频率（Hz）：30～100（建议值）；

振动振幅（mm）：（3/4～1）d，d为焊丝直径；(www.xing528.com)

冷却液流量（L/min）：0.3～0.5（有的堆焊材料，如高速钢堆焊时不加冷却液，用保护气体）；

堆焊速度（mm/min）：

式中 v_丝——送丝速度（mm/s）；

D——堆焊零件直径（mm）；

K——系数，K=（δ为堆焊层厚度，单位为mm）。

振动电弧堆焊由于能保证获得薄而平整、优质的堆焊层，热影响区和变形也很小，因此广泛应用于修复和制造耐磨损的球体、阀杆及轴类零件。